建安七年（202年），官渡之战大败而归的袁绍病逝，曹操进攻他的两个儿子，连战连捷。曹军诸将都想乘胜攻破二袁，可就在此时，先前力主北进的郭嘉却力排众议，独进奇策，建议退兵。他为曹操分析了袁氏两兄弟之间的矛盾，说："袁谭、袁尚素来互不相服，又有郭图、逢纪这样的谋臣在当中搀和，必然要反目。不如先南征刘表，静待其变，变成而后击之，一举可定也。"郭嘉建议曹操装作向南攻击刘表之势，"以待其变"。果然，曹军刚回到许昌，袁军生变的消息就已传来。曹操乘机回军北上，将袁谭、袁尚各个击破，二袁一死一逃。因为郭嘉的妙计，这一仗赢得既轻松又顺利。建安十二年（207年），袁尚、袁熙逃入乌桓，即今辽宁锦州一带。曹军诸将都说"袁尚已如丧家之犬，关外胡人不会支援他们的。如果再做远征，刘备必然会挑拨刘表袭击许昌，万一有什么变数怎么办？"此时的刘备经过数年的休养生息，在荆州刘表的身边又积聚了相当的实力。以曹操对刘备的了解，他有理由担心自己孤军远征之际，刘备会在背后发难。
这时，郭嘉又提出不同于他人的见解："明公你尽管放心地去远征，留下一个空空荡荡的许都也无妨，我料定刘备无法给你添麻烦。不是刘备不想添，而是有人会代替您来阻止他，此人就是刘表。"在众人一片哗然声中，郭嘉详细地分析了平乌桓之役的可行性和重大意义"胡人自恃偏远，现在必然没有防备，突然发动攻击，一定能够将他们消灭。袁绍对胡人有恩，如果袁尚还活着，他们一定帮忙，迟早是隐患。现在袁家的影响还很大，这个时候南征，如果胡人有行动，我们的后方就不安稳了。但刘表是个只知坐谈的政客，他自知能力不足以驾驭刘备，所以必然会对刘备有所防备。现在虽然是虚国远征，但一劳永逸，就再也没有后患了。"郭嘉的观点一针见血，曹操听罢茅塞顿开，立刻进兵柳城。曹操军到易城，郭嘉觉得推进的速度还是太慢，又进言道："兵贵神速。现在潜力远征，辎重太多，行进缓慢，被对方有所觉察必然就要做防备。不如留下辎重，轻兵速进，攻其不备。"后来，这一战成为了中国战争史上"兵贵神速、奇兵制胜"的经典战例。曹操在设置了一些撤军假象之后，暗中率领一支轻装精兵，在向导田畴的带领下突然出现在乌桓的背后。乌桓首领蹋顿和袁尚、袁熙率军仓促应战，这一役，蹋顿被斩，曹军俘虏了20余万人，走投无路的袁尚、袁熙投奔了辽东的公孙康。
这次行军路况极端恶劣，沿途有长达二百里的地段干旱无水。当粮食吃光以后，曹军将士又不得不先后杀了几千匹战马充饥，才艰难抵达目的地。同年秋天，辽东太守公孙康带着袁尚的首级前来投降。曹操根据郭嘉的计策终于彻底平定北方，统一整个黄河流域以北地区。在从柳城回来的途中，因为水土不服，气候恶劣，再加上日夜急行又操劳过度，郭嘉患疾病去世。
